【摘要】：龍卷風(fēng)是大氣中最強(qiáng)烈的渦旋現(xiàn)象,具有影響范圍小、生消迅速、軌跡不定、破壞性極強(qiáng)等特點(diǎn)。由于其發(fā)生概率和區(qū)域相對(duì)較小,目前我國(guó)的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中尚未包含普通結(jié)構(gòu)的抗龍卷風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。但是,對(duì)于某些破壞后果特別嚴(yán)重的設(shè)施,如核電站、火力發(fā)電廠等,在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮龍卷風(fēng)荷載的影響,以保證其有足夠的抵抗力。核電常規(guī)島主廠房的圍護(hù)面板在龍卷風(fēng)作用下會(huì)發(fā)生破壞。在這種情況下,風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響除外壓作用下,還需考慮內(nèi)外壓的共同作用。多數(shù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞(例如屋蓋掀翻和墻面倒塌)都是由于內(nèi)外壓共同作用引起,在極端環(huán)境條件(如龍卷風(fēng))下尤甚。合理估算結(jié)構(gòu)所受的龍卷風(fēng)荷載,得出開(kāi)洞后結(jié)構(gòu)各表面龍卷風(fēng)荷載的分布特性,進(jìn)行有針對(duì)性的加固措施,有助于提高核電廠等重要土建結(jié)構(gòu)的抗龍卷風(fēng)性能,減少惡劣環(huán)境條件下的經(jīng)濟(jì)損失。首先,建立了龍卷風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值模型,并對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析驗(yàn)證。研究發(fā)現(xiàn):數(shù)值龍卷風(fēng)場(chǎng)的切向風(fēng)速以及氣壓降沿徑向的變化規(guī)律與二維Rankine渦理論模型吻合度較高,驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性。隨后,分析了渦流比對(duì)龍卷風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)及特征參數(shù)的影響。結(jié)果表明:隨著渦流比的增加,龍卷風(fēng)場(chǎng)中心氣壓降絕對(duì)值及最大切向風(fēng)速逐漸減小,對(duì)應(yīng)核心半徑逐漸增大。低渦流比情況下,龍卷風(fēng)切向風(fēng)速及氣壓降的變化速率明顯高于高渦流比情況。當(dāng)渦流比S=1.0時(shí),龍卷風(fēng)由單渦核結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為多渦核結(jié)構(gòu),且風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)趨于不穩(wěn)定。其次,基于龍卷風(fēng)數(shù)值模型,揭示了核電常規(guī)島主廠房位于龍卷風(fēng)核心半徑處時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的連續(xù)破壞機(jī)理。結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)位于龍卷風(fēng)核心半徑處時(shí),其屋面靠近迎風(fēng)面邊緣處的負(fù)風(fēng)壓最大,屋面最先發(fā)生掀翻破壞。此時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面各點(diǎn)風(fēng)壓值幾乎處處相等,具有較高一致性。由于內(nèi)外壓共同作用,迎風(fēng)面、背風(fēng)面及近龍卷風(fēng)側(cè)面依次發(fā)生破壞,遠(yuǎn)龍卷風(fēng)側(cè)面未發(fā)生破壞。其中迎風(fēng)面破壞率最大,達(dá)到22.2%。最后,研究了開(kāi)洞對(duì)結(jié)構(gòu)表面龍卷風(fēng)風(fēng)壓分布特性的影響。將核電常規(guī)島主廠房置于龍卷風(fēng)場(chǎng)的核心半徑處,改變開(kāi)洞面積、開(kāi)洞位置以及開(kāi)洞數(shù)量,對(duì)相應(yīng)工況下結(jié)構(gòu)各表面風(fēng)壓分布特性進(jìn)行了分析,并與風(fēng)致平均內(nèi)壓理論公式結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。此外,對(duì)于復(fù)雜開(kāi)洞結(jié)構(gòu),無(wú)法直接判斷氣流入口和出口位置,根據(jù)風(fēng)致內(nèi)壓理論估算公式計(jì)算結(jié)構(gòu)平均內(nèi)壓時(shí)需要進(jìn)行繁瑣的試算工作。為此,將風(fēng)致內(nèi)壓理論估算公式與數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合,為復(fù)雜開(kāi)洞情況下的風(fēng)致平均內(nèi)壓估算提供了解決方案。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU312.1;TM623
【圖文】：

（a）龍卷風(fēng)切向風(fēng)速沿徑向位置變化曲線 （b）龍卷風(fēng)徑向風(fēng)速軸向變化曲線圖 1-1 龍卷風(fēng)實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)曲線Hoecher[6]通過(guò)研究 Dallas 龍卷風(fēng)，對(duì)其中的碎屑粒子進(jìn)行追蹤，給出了不同高度處，龍卷風(fēng)切

愛(ài)荷華州立大學(xué)可

（a）試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D （b）試驗(yàn)原理圖圖 1-4 湯卓龍卷風(fēng)發(fā)生裝置模型014 年，同濟(jì)大學(xué)的王錦[16]建立了新型龍卷風(fēng)模擬器（TVS），該模擬器主要由頂部抽

【參考文獻(xiàn)】

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1 彭英海;呂令毅;;多漩渦龍卷風(fēng)作用下建筑表面風(fēng)壓系數(shù)的研究[J];工程建設(shè)與設(shè)計(jì);2015年02期

2 王兆勇;湯卓;呂令毅;;不同平移速度龍卷風(fēng)對(duì)高層雙坡屋面的作用研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2015年01期

3 王錦;周強(qiáng);曹曙陽(yáng);操金鑫;;龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng)的試驗(yàn)?zāi)M[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年11期

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7 唐飛燕;湯卓;呂令毅;;龍卷風(fēng)場(chǎng)中沙粒對(duì)結(jié)構(gòu)沖擊作用的研究[J];工程建設(shè);2013年03期

8 徐海巍;余世策;樓文娟;;開(kāi)孔結(jié)構(gòu)內(nèi)壓傳遞方程孔口特征參數(shù)提取方法研究[J];振動(dòng)與沖擊;2013年02期

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10 田玉基;楊娜;楊陽(yáng);;大跨平屋蓋風(fēng)致破壞開(kāi)口附近的風(fēng)壓變化[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào);2012年06期

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1 徐海巍;開(kāi)洞建筑風(fēng)致內(nèi)壓響應(yīng)的理論和試驗(yàn)研究[D];浙江大學(xué);2014年

2 盧旦;風(fēng)致內(nèi)壓特性及其對(duì)建筑物作用的研究[D];浙江大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 孫斌;大跨屋蓋建筑開(kāi)孔風(fēng)致平均內(nèi)壓的數(shù)值模擬研究[D];浙江大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2796752